电流的热效应(导)学案
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1.6电流的热效应
学习目标:
1.知道电流的热效应跟哪些因素有关.
2.学会用焦耳定律解决一些实际问题.
3.知道生活中应用焦耳定律的例子.
4.掌握节约电能的一些方法.
重点:知道电流的热效应跟哪些因素有关
难点:学会用焦耳定律解决一些实际问题
进行新课:
知识点1:电阻与电流的热效应
基础初探
填空:
1.焦耳定律
(1)电流通过导体产生的热量,跟电流的二次方、导体的电阻、通电时间成正比.
(2)公式:Q=I2Rt.
(3)单位:焦耳,符号:J.
2.热功率:把电热器单位时间内消耗的电能叫做热功率.
P=Q
t
=I2R,单位:瓦,符号:W.
3.额定功率是指用电器正常工作时的功率,这时加在用电器两端的电压叫额定电压,通过用电器的电流叫额定电流.
4.能量转化
(1)电流通过电动机时,电能主要转化成机械能,只有一部分转化成内能,这时电功率大于热功率.
(2)电流通过白炽灯泡时,电能全部转化成内能,这时电功率等于热功率.
判断;
1.电流通过导体时产生热量叫电流的热效应.(√)
2.电热器的电阻越大,热功率一定越大.(×)
3.电流通过电风扇时,电能全部转化为机械能.(×)
思考题:
1.电流通过电阻时产生的热量与哪些因素有关?
【提示】电流通过电阻时产生的热量与电流的大小、电阻的大小及通电时间有关.2.安装在电路中的保险丝是根据什么原理设计的?它的作用是什么?
【提示】保险丝是根据电流的热效应制成的,当电路中电流过大时,因发热太多而熔化,从而使电路断开.
1.电热的探究
(1)思路:控制变量法.
(2)可能因素:电流、电阻、通电时间.
(3)方法
①电流、通电时间相同,探究电热与不同电阻的关系.
②电阻、时间相同,通入不同的电流,探究电热与电流的关系.
③电流、电阻相同,通电时间不同,探究电热与通电时间的关系.
2.对焦耳定律的理解
(1)焦耳定律是一个实验定律,它是经过大量实验总结出来的,不能认为是用电学公式推导出来的,它适用于所有电路中的发热计算.
(2)焦耳定律公式的理解:在电流和电阻相同时,热量与时间成正比;在电阻和时间相同时热量与电流的平方成正比;在电流和时间相同时热量与电阻成正比.如串联的
两个用电器由于电流是相等的,在时间相等的情况下,谁的电阻大谁发热多,不是电阻大的阻碍作用大而发热少.
例1.为了使电炉消耗的电功率减小到原来的一半,应采取下列哪些措施( ) A .保持电阻不变,使电流减半 B .保持电阻不变,使电压减半
C .保持电炉两端电压不变,使其电阻减半
D .使电压和电阻各减半
【解析】 电阻一定时,使电流减半,由P =I 2R 知,电功率减为原来的1/4,可见
A 项错;同理,使电压减半,由P =U 2
R
知,电功率也为原来的1/4,故B 项错;当电压不
变,电阻减半时,由P =U 2R 知,电功率变为原来的2倍,可见C 项错;由P =U 2
R
知,当U
和R 各减半时,电功率变为原来的1/2,可见D 项正确.
【答案】 D
例2.两导体的电阻之比R 1∶R 2=1∶2,通过的电流之比I 1∶I 2=2∶1,则它们的热功率之比为多少?
【解析】 根据P =I 2
R 得, P 1P 2=I 21R 1
I 22R 2=41×12=2∶1. 【答案】 2∶1
知识点2:白 炽 灯
[先填空]
1.白炽灯的工作原理
利用电流的热效应,使通电的金属丝温度升高,达到白热,从而发光. 2.内部环境
为了避免高温下金属丝迅速氧化折断,灯泡要抽成真空或充入惰性气体. [再判断]
1.日光灯是白炽灯.(×)
2.白炽灯泡的电功率越大,灯丝越粗.(√) [后思考]
1.白炽灯的发光效率为什么比较低?
【提示】 白炽灯发光时,大部分能量以热量的形式散发出去,只有少部分以可见光辐射,所以效率低.
2.正常工作的电动机是否只是发热?
【提示】 不是.正常工作的电动机消耗的电能大部分转化为机械能,小部分转化为内能.
1.在纯电阻电路中,如由白炽灯、电炉丝等构成的电路,电流做功将电能全部转
化为内能,此时有W =Q ,即IUt =I 2
Rt .显然U =IR ,则计算电功或电热时,可采用公式
W =Q =IUt =U 2t R
=I 2
Rt =Pt 中的任一形式进行计算.
2.在非纯电阻电路中,如含有电动机、电解槽等的电路,电流做功将电能除转化为内能外,还转化为机械能、化学能等,此时有W >Q ,即IUt >I 2Rt .显然U >IR .因此在这
种情况下,电功W 只能用公式W =IUt 进行计算,电热Q 只能用公式Q =I 2
Rt 进行计算.
课堂练习
1.(多选)一台电动机的线圈电阻与一只电炉的电阻相同,都通过相同的电流,在相同的时间内( )
A .电炉放热和电动机放热相等
B .电炉两端电压大于电动机两端电压
C .电炉两端电压等于电动机两端电压
D .电动机消耗的功率大于电炉的功率
【解析】 由于电炉与电动机电阻相等,电流也相等,由Q =I 2Rt 得,相同时间内放热相等,A 项正确;由于电动机消耗的电能有一部分要对外做功,所以电动机消耗的功率大于电炉的功率,由P 机=U 机I ,P 炉=U 炉I 知,U 机I >U 炉I ,所以电动机两端的电压大于电炉两端的电压,因此B 、C 项错,D 项正确.
【答案】 AD 2.一台直流电动机的额定电压为U ,额定功率是P ,电动机内电枢导线的电阻为R ,那么它正常工作时的电流是( )
A .等于U /R
B .等于P /U
C .大于U /R
D .大于P /U
【解析】 由于电动机电路不是纯电阻电路则U >IR ,所以选项A 、C 不正确.电动机的额定功率P 是电动机正常工作时的输出功率P =IU ,所以I =P U
,故选项D 不正确,选项B 正确.
【答案】 B
3.(多选)下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是( ) A .电功率越大,电流做功越快,电路中产生的焦耳热一定越多
B .W =UIt 适用于任何电路,而W =I 2
Rt =U 2
R
t 只适用于纯电阻的电路
C .在不是纯电阻的电路中,UI >I 2
R D .焦耳热Q =I 2Rt 适用于任何电路
【解析】 电功率公式P =W
t
,功率越大,表示电流做功越快.对于一段电路,有P
=IU ,I =P U ,焦耳热Q =⎝ ⎛⎭
⎪⎫P U 2
Rt ,可见Q 与P 、U 、t 都有关,所以P 越大,Q 不一定越大,
A 不对;W =UIt 是电功的定义式,适用于任何电路,而I =U
R
只适用于纯电阻电路,则W
=I 2
Rt =U 2R
t 也只适用于纯电阻电路,B 对;在不是纯电阻的电路中,电流做的功=焦耳
热+其他形式的能,所以
W >Q ,即UI >I 2R ,C 正确;Q =I 2Rt 是焦耳热的定义式,适用于任何电路中产生的焦耳热,D 正确.
【答案】 BCD
4.电炉通电后,电炉丝热得发红,而跟电炉连接的铜导线却不那么热,这是因为( )
A .通过铜导线的电流小,所以它消耗的电能也较少
B .电炉丝和铜导线消耗的电能相同,但铜导线散热快,所以就不那么热
C .通过电炉丝的电流大,所以它消耗的电能较多
D .铜导线电阻较小,所以它消耗的电能较少
【解析】 电炉丝和铜导线是串联关系,故通过电炉丝的电流与通过铜导线的电流